趙釗，王雯，李世奇，黃軍本

（中石油管道有限責(zé)任公司西部甘肅輸油氣分公司， 甘肅 蘭州 730030）

目前國(guó)內(nèi)5000方及以上立式金屬儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)中，在最底層的罐壁板上，通常設(shè)計(jì)有2-3個(gè)人孔。在儲(chǔ)罐檢修期間，人孔是檢修人員、物料及工器具等進(jìn)出儲(chǔ)罐的唯一通道。儲(chǔ)罐檢修結(jié)束后，在儲(chǔ)罐投運(yùn)過(guò)程中，罐壁人孔盲板需承受儲(chǔ)罐所承裝油品的靜壓力。受人孔盲板密封墊片質(zhì)量、密封面環(huán)境腐蝕、密封面機(jī)械損傷以及安裝質(zhì)量等外在因素的影響，儲(chǔ)罐人孔盲板在投運(yùn)過(guò)程中，存在泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。儲(chǔ)罐投運(yùn)后人孔盲板一旦出現(xiàn)密封失效，將導(dǎo)致發(fā)生油品外漏事故，需要重新對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)油品進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，甚至重新清罐來(lái)進(jìn)行處理，這將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。新建儲(chǔ)罐在投運(yùn)前，通過(guò)向儲(chǔ)罐內(nèi)注入設(shè)計(jì)容積的清水進(jìn)行沉降試驗(yàn)，同時(shí)完成儲(chǔ)罐人孔盲板的水壓試驗(yàn)。以10萬(wàn)方的原油儲(chǔ)罐為例，開(kāi)展一次水壓試驗(yàn)的直接經(jīng)濟(jì)成本超過(guò)30萬(wàn)元以上。鑒于維修成本等因素，目前國(guó)內(nèi)油氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)所使用的儲(chǔ)罐在周期性大修結(jié)束后，通常不再對(duì)人孔盲板密封性能進(jìn)行水壓試驗(yàn)。根據(jù)行業(yè)調(diào)查，國(guó)內(nèi)目前沒(méi)有注水試壓之外的其它試壓裝置，故未經(jīng)過(guò)水壓試驗(yàn)的人孔盲板，在儲(chǔ)罐周期性大修后的投運(yùn)過(guò)程中，存在著泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

西部管道公司所轄場(chǎng)站1萬(wàn)方及以上儲(chǔ)罐共有110余座，自2017年開(kāi)始，已進(jìn)入儲(chǔ)罐大修高峰期。為保障周期性大修后儲(chǔ)罐人孔盲板密封面的可靠性，迫切需要研制一種操作簡(jiǎn)便、安全可靠、攜帶輕便、通用性和推廣性強(qiáng)且對(duì)儲(chǔ)罐本體無(wú)傷害的儲(chǔ)罐人孔盲板專(zhuān)用試壓裝置。

1 試壓裝置的設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)論證及設(shè)計(jì)

以西部管道公司數(shù)量最多的10萬(wàn)方原油儲(chǔ)罐尺寸為模型，開(kāi)展側(cè)壁式人孔盲板試壓裝置的設(shè)計(jì)。儲(chǔ)罐人孔結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。儲(chǔ)罐罐外人孔盲板處受儲(chǔ)罐外保溫層、盲板連接螺栓等的影響，可利用的空間非常狹小，設(shè)計(jì)安裝試壓裝置難度較大，故試壓裝置選擇在儲(chǔ)罐內(nèi)部人孔圓筒上進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝。圓筒內(nèi)徑610mm，深度244mm，空間可滿足試壓裝置的設(shè)計(jì)和安裝。

圖1 儲(chǔ)罐側(cè)壁式人孔盲板結(jié)構(gòu)示意圖

試壓裝置需安裝在人孔圓筒上，和圓筒內(nèi)壁、盲板以及試壓裝置共同形成密封腔體，來(lái)實(shí)現(xiàn)試壓功能。試壓過(guò)程中，試壓裝置必須克服試壓介質(zhì)形成的反推力，在不對(duì)儲(chǔ)罐本體造成影響的前提下，反推力必須利用儲(chǔ)罐人孔圓筒來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡。綜合考慮反推力及裝置安裝攜帶輕便的需求，裝置設(shè)計(jì)為環(huán)形密封腔體，設(shè)計(jì)徑向方向的頂絲和人孔圓筒內(nèi)壁之間的摩擦力，平衡試壓介質(zhì)的反推力。結(jié)構(gòu)設(shè)想如圖2所示。

圖2 儲(chǔ)罐側(cè)壁式人孔盲板結(jié)構(gòu)示意圖

試壓裝置整體分為環(huán)形密封腔和周向固定裝置兩部分。環(huán)形密封腔前端和盲板之間使用密封件Ⅰ實(shí)現(xiàn)密封，密封室后端外邊緣和人孔圓筒內(nèi)壁之間使用密封件Ⅱ?qū)崿F(xiàn)密封。周向固定裝置利用周向頂緊螺栓固定在圓筒內(nèi)壁形成的摩擦力來(lái)平衡試壓過(guò)程中介質(zhì)對(duì)試壓裝置產(chǎn)生的反推力，利用圓形銅合金墊塊來(lái)避免頂絲對(duì)圓筒內(nèi)壁造成損傷。

1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)模型和現(xiàn)場(chǎng)尺寸，設(shè)計(jì)試壓裝置如圖3所示。

圖3 儲(chǔ)罐側(cè)壁式人孔盲板試壓裝置結(jié)構(gòu)圖

由于該試壓裝置整體采用45#鍛鋼進(jìn)行設(shè)計(jì)加工，裝置試壓不超過(guò)0.3MPa，故裝置的強(qiáng)度完全滿足試壓要求，所以只進(jìn)行裝置承受試壓介質(zhì)反推力的計(jì)算。

（1）試壓裝置承受的反推力計(jì)算：

以10萬(wàn)方原油儲(chǔ)罐人孔為例進(jìn)行計(jì)算：介質(zhì)反推力F1=P（壓強(qiáng)）×S（受力面積）

按照儲(chǔ)罐最高設(shè)計(jì)液位20m計(jì)算，具體試壓參照1.1倍設(shè)計(jì)壓力，則壓強(qiáng)：

P=1.1×0.2MPa=0.22MPa；

受力面積S=π[(D/2)2-(d/2)2]=3.14×[(610/2)2-(510/2)2]=87920mm2；

介質(zhì)反推力F1=P（壓強(qiáng)）×S（受力面積）=0.22×106×87920×10-6=19342N；

（2）周向固定裝置可提供的摩擦力計(jì)算：

周向固定裝置采用M16等級(jí)8.8的螺栓螺栓。

其中合金鋼螺栓預(yù)緊力F0=(0.5～0.6)σsAs

式中：σs(=640)，表示材料的屈服點(diǎn)，單位MPa；As(=157)表示螺栓的有效截面積，單位mm2；則：

F0=0.55×640×157=55264N；

鋼和銅的摩擦系數(shù)μ為0.1～0.2，按照最小值取0.1計(jì)算，即：

每個(gè)螺栓產(chǎn)生的摩擦力F3=μF0=0.1×55264=5526.4N；

1 2 個(gè) 螺 栓 的 總 摩 擦 力 為F2=12×F3=12×5526.4=66316.8N

（3）根據(jù)上述計(jì)算得出F2為F1的3.43倍，故周向固定裝置完全可以平衡試壓介質(zhì)產(chǎn)生的反推力。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及使用

2.1現(xiàn)場(chǎng)安裝及使用

（1）將人孔和人孔盲板密封面進(jìn)行除銹、清理、制作石棉墊片，然后將人孔盲板按投產(chǎn)要求進(jìn)行安裝。

（2）將本試壓裝置、打壓泵及附屬管線、試壓清水等轉(zhuǎn)運(yùn)到罐內(nèi)待用，并將人孔圓筒內(nèi)壁檢查處理。

（3）先將O型圈Ⅱ安裝在環(huán)形密封室后端面和密封壓緊板之間，使其處于放松狀態(tài)，再將O型圈Ⅰ安裝在環(huán)形密封室前端面，然后將環(huán)形密封室組合件整體推入人孔圓筒至盲板內(nèi)平面。

（4）將周向固定裝置推入人孔圓筒至環(huán)形密封室組件端面，隨后周向均勻緊固緊頂螺釘，使周向固定裝置可靠固定。

（5）調(diào)節(jié)周向固定裝置上設(shè)計(jì)的水平頂緊螺釘，360°均勻緊固，使環(huán)形密封室的O型圈Ⅰ、O型圈Ⅱ達(dá)到預(yù)壓密封效果。

（6）將試壓泵及附件與人孔盲板試壓裝置連接好，在試壓泵內(nèi)倒入水，操作試壓泵向人孔盲板試壓裝置內(nèi)注水。

（7）注水時(shí)，當(dāng)環(huán)形密封室內(nèi)注滿水時(shí)進(jìn)行排氣，排氣完畢后對(duì)環(huán)形密封室進(jìn)行打壓0.22MPa，保壓15分鐘。穩(wěn)壓期間觀察罐外人孔盲板石棉墊密封處，應(yīng)無(wú)滲漏，觀察壓力表指示，壓力無(wú)下降。

（8）現(xiàn)場(chǎng)試壓見(jiàn)圖4，試壓完畢后，泄壓拆除。

2.2 使用情況

西部管道公司所轄蘭州儲(chǔ)備庫(kù)10萬(wàn)方G1018儲(chǔ)

圖4 試壓裝置現(xiàn)場(chǎng)操作

罐大修完成后，在投產(chǎn)前使用試壓裝置對(duì)三個(gè)側(cè)壁式人孔盲板均進(jìn)行了密封性試驗(yàn)。試驗(yàn)效果良好，達(dá)到了預(yù)期設(shè)想。隨后在其余兩具儲(chǔ)罐投產(chǎn)前進(jìn)行了應(yīng)用，并對(duì)試壓裝置可使用的極限壓力進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)表明壓力不大于0.4MPa時(shí)，裝置密封性能良好。

3 結(jié)束語(yǔ)

此研究成果的成功應(yīng)用，降低了儲(chǔ)罐投運(yùn)后罐壁人孔盲板發(fā)生滲漏的安全風(fēng)險(xiǎn)。該裝置操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好，安全性高，對(duì)儲(chǔ)罐本體無(wú)任何損傷，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)油氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)這一技術(shù)需求的空白，具有較高的推廣價(jià)值。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 成大先主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第六版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

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